Магнитное взаимодействие
Взаимодействие движущихся зарядов. Действие движущихся зарядов (электрических токов) друг на друга отличается от кулоновского взаимодействия неподвижных зарядов.
Взаимодействие движущихся зарядов называется магнитным.
Примеры проявления магнитного взаимодействия:
* притяжение или отталкивание двух параллельных проводников с током;
* магнетизм некоторых веществ, например, магнитный железняк, из которых изготавливаются постоянные магниты; поворот легкой стрелки, сделанной из магнитного материала, вблизи проводника с током
* вращение рамки с током в магнитном поле.
*
Магнитное взаимодействие осуществляется посредством магнитного поля.
Магнитное поле — особая форма существования материи.
Свойства магнитного поля:
* порождается движущимися зарядами (электрическим током) или переменным электрическим полем;
* обнаруживается по действию на электрический ток или магнитную стрелку.
Вектор магнитной индукции. Опыты показывают, что магнитное поле производит на контур с током и магнитную стрелку ориентирующее действие, вынуждая их устанавливаться в определенном направлении. Поэтому для характеристики магнитного поля должна быть использована величина, направление которой связано с ориентацией контура с током или магнитной стрелки в магнитном поле. Эта величина называется вектором магнитной индукции В.
* направление положительной нормали к плоскости контура с током,
* направление северного полюса магнитной стрелки, помещенной в магнитное поле.
Модуль вектора В равен отношению максимального вращающего момента, действующего на рамку с током в данной точке поля, к произведению силы тока I и площади контура S.
В = Мmах/(I·S). (1)
Вращающий момент М зависит от свойств поля и определяется произведением I·S.
Значение вектора магнитной индукции, определяемое по формуле (1), зависит только от свойств поля.
Графическое изображение магнитных полей. Для графического изображения магнитных полей используются линии магнитной индукции (силовые линии магнитного поля). Линией магнитной индукции называют линию, в каждой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной к ней.
Линии магнитной индукции — замкнутые линии.
Примеры магнитных полей:
1. Прямолинейный проводник с током
Линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности с центром на проводнике.
2. Круговой ток
Направление вектора магнитной индукции связано с направлением ток в контуре правилом правого винта.
3. Соленоид с током
Внутри длинного соленоида с током магнитное поле является однородным и линии магнитной индукции параллельны между собой. Направление В и направление тока в витках соленоида связаны правилом правого винта
Принцип суперпозиции полей. Если в какой-либо области пространства происходит наложение нескольких магнитных полей, то вектор магнитной индукции результирующего поля, равен векторной сумме индукций отдельных полей:
www.examen.ru
Магнитное взаимодействие токов | ЭТО ФИЗИКА
Магнитные явления были известны еще в древнем мире. Компас был изобретен более 4500 лет тому назад. В Европе он появился приблизительно в XII веке новой эры. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом и возникло представление о магнитном поле.
Первыми экспериментами (проведены в 1820 г.), показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется глубокая связь, были опыты датского физика Ханса Эрстеда. Эти опыты показали, что на магнитную стрелку, расположенную вблизи проводника с током, действуют силы, которые стремятся ее повернуть. В том же году французский физик Андре Ампер наблюдал силовое взаимодействие двух проводников с токами и установил закон взаимодействия токов.
По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля.
Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды. Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).
Ученые XIX века пытались создать теорию магнитного поля по аналогии с электростатикой, вводя в рассмотрение так называемые магнитные заряды двух знаков (например, северный N и южный S полюса магнитной стрелки). Однако опыт показывает, что изолированных магнитных зарядов не существует.
Магнитное поле токов принципиально отличается от электрического поля. Магнитное поле, в отличие от электрического, оказывает силовое действие только на движущиеся заряды (токи).
Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции который определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.
За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно ориентирующийся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора . Такое исследование позволяет наглядно представить пространственную структуру магнитного поля. Аналогично силовым линиям в электростатике можно построить линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор направлен по касательной. Пример линий магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током приведен на рис. 1.16.1.
|
Рисунок 1.16.1. Линии магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током. Индикаторные магнитные стрелки ориентируются по направлению касательных к линиям индукции |
Обратите внимание на аналогию магнитных полей постоянного магнита и катушки с током. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, они нигде не обрываются. Это означает, что магнитное поле не имеет источников – магнитных зарядов. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются
Для того, чтобы количественно описать магнитное поле, нужно указать способ определения не только направления вектора но и его модуля. Проще всего это сделать, внося в исследуемое магнитное поле проводник с током и измеряя силу, действующую на отдельный прямолинейный участок этого проводника. Этот участок проводника должен иметь длину Δl, достаточно малую по сравнению с размерами областей неоднородности магнитного поля. Как показали опыты Ампера, сила, действующая на участок проводника, пропорциональна силе тока I, длине Δl этого участка и синусу угла α между направлениями тока и вектора магнитной индукции:
Эта сила называется силой Ампера. Она достигает максимального по модулю значения Fmax, когда проводник с током ориентирован перпендикулярно линиям магнитной индукции. Модуль вектора определяется следующим образом:
Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δl:
В общем случае сила Ампера выражается соотношением:
Это соотношение принято называть законом Ампера.
В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется Тесла (Тл).
Тесла – очень крупная единица. Магнитное поле Земли приблизительно равно 0,5·10–4
Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера обычно используют правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (рис. 1.16.2).
|
Рисунок 1.16.2. Правило левой руки и правило буравчика |
Если угол α между направлениями вектора и тока в проводнике отличен от 90°, то для определения направления силы Ампера более удобно пользоваться правилом буравчика
: воображаемый буравчик располагается перпендикулярно плоскости, содержащей вектор и проводник с током, затем его рукоятка поворачивается от направления тока к направлению вектора Поступательное перемещение буравчика будет показывать направление силы Ампера (рис. 1.16.2). Правило буравчика часто называют правилом правого винта.Одним из важных примеров магнитного взаимодействия является взаимодействие параллельных токов. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером. Если по двум параллельным проводникам электрические токи текут в одну и ту же сторону, то наблюдается взаимное притяжение проводников. В случае, когда токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.
Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот.
Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока
В Международной системе единиц СИ коэффициент пропорциональности k принято записывать в виде:
где μ0 – постоянная величина, которую называют магнитной постоянной. Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул. Ее численное значение равно
μ0 = 4π·10–7 H/A2 ≈ 1,26·10–6 H/A2. |
Формула, выражающая закон магнитного взаимодействия параллельных токов, принимает вид:
Отсюда нетрудно получить выражение для индукции магнитного поля каждого из прямолинейных проводников. Магнитное поле прямолинейного проводника с током должно обладать осевой симметрией и, следовательно, замкнутые линии магнитной индукции могут быть только концентрическими окружностями, располагающимися в плоскостях, перпендикулярных проводнику. Это означает, что векторы и магнитной индукции параллельных токов I1 и I2 лежат в плоскости, перпендикулярной обоим токам. Поэтому при вычислении сил Ампера, действующих на проводники с током, в законе Ампера нужно положить sin α = 1. Из закона магнитного взаимодействия параллельных токов следует, что модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R от него выражается соотношением
Для того, чтобы при магнитном взаимодействии параллельные токи притягивались, а антипараллельные отталкивались, линии магнитной индукции поля прямолинейного проводника должны быть направлены по часовой стрелке, если смотреть вдоль проводника по направлению тока. Для определения направления вектора магнитного поля прямолинейного проводника также можно пользоваться правилом буравчика: направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением вектора если при вращении буравчик перемещается в направлении тока (рис. 1.16.3).
|
Рисунок 1.16.3. Магнитное поле прямолинейного проводника с током |
|
Рисунок 1.16.4. Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов |
Рис. 1.16.4 поясняет закон взаимодействия параллельных токов.
Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током используется в Международной системе единиц (СИ) для определения единицы силы тока – ампера:
Ампер – сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызвал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2·10–7 Н на каждый метр длины.
www.its-physics.org
Магнитное взаимодействие токов
Между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Каждый заряд создает поле, которое действует на другой заряд и наоборот. Однако между электрическими зарядами могут существовать и другие силы. Их можно обнаружить если провести следующий опыт.
Возьмем два гибких проводника, укрепим их вертикально, а затем присоединим нижними концами к полюсам источника тока. Притяжения или отталкивания не обнаруживается. Но если другие концы соединить проволокой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления, то проводники начнут отталкиваться друг от друга. В случает токов одного направления проводники притягиваются.
Явление взаимодействия токов обнаружил французский физик Ампер в 1820 г. В этом же году датский физик Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее.
Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.
Магнитное поле
Подобно тому как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем движущиеся заряды, возникает магнитное поле. Электрический ток в одном из проводников создает вокруг себя магнитное поле, которое действует на ток во втором проводнике. А поле, созданное электрическим током второго проводника, действует на первый.
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими заряженными частицами.
Магнитное поле создается не только электрическим током, но и постоянными магнитами. На основании своих опытов Ампер сделал вывод, что взаимодействие токов с магнитом и магнитов между собой можно объяснить, если предположить, что внутри магнита существуют незатухающие молекулярные круговые токи.
Прохождение электрического тока может сопровождаться нагреванием и свечением вещества, различными его химическими превращениями, магнитным взаимодействием. Из всех известных действий тока только магнитной взаимодействие сопровождает электрический ток при любых условиях, в любой среде и в вакууме.
Поле движ. Заряда. Закон Био-Саввара (электрическое поле которое течет)
Осн. задача магнитостатики состоит в умении рассчит. хар-ки полей. Закон Б-С-Л с использованием принципа суперпозиции даёт простейший метод расчёта полей.
dB-индукция, созд. в точ. A.
dB=(·(I·dl·sin/r2) [1]
dH=(I·dl·sin/(4r2) [2]
Индукция магн. поля, созданная элементом проводника dl с током I в точке A на расстоянии r от dl пропорц. силе тока, dl, синусу угла между r и dl и обр. пропорцион. квадрату расстояния r.
___ ____ __
dB=(·(I·[dl,r] /r3)
Значение з-на Б-С-Л заключается в том, что зная dH и dB от dl можно вычислить H и B проводника конеч. размеров разл. форм.
studfiles.net
Магнитное поле и магнитное взаимодействие магнитов | Силы Вселенной | Книги
Нам со школьной скамьи известны эксперименты, например, по распределению на листе картона металлических опилок вокруг одного или двух магнитов, которые в одном случае последовательно соединены своими разноименными частями, а в другом — находятся в положении, когда одноименные части магнитов направлены один в сторону другого (рис. 30).
Рис. 30. Расположение магнитных силовых линий у одного магнита (а),
у двух одноименных полюсов магнитов (б, г) и двух разноименных полюсов магнитов (в)
В первом случае (рис. 30а), магнитные силовые линии соединяют два разноименных полюса магнита — N (север) и S (юг), при этом, они выходят из северного и входят в южный полюс магнита. Во втором и в четвертом случаях (рис. 30 б, г), при соединении одноименных полюсов, магниты отталкиваются друг от друга до достижения определенного расстояния. В третьем случае (рис. 30в), оба магнита притягиваются друг к другу своими разноименными полюсами.
Что же такое магнит? Что это за силы, которые способны отталкивать или притягивать магниты? Как это происходит? Какую роль здесь играют частицы?
«Магнит — это предмет, имеющий свойство притягивать железо, сталь, чугун, никель и некоторые другие сплавы».
«Магнит — это тело, обладающее намагниченностью».
«Магнит — это тело, создающее в окружающем пространстве свое магнитное поле».
Это далеко не все краткие определения магнита, но суть этих определений позволяет сделать вывод о том, что для науки магнит пока остается таинственным магом, неизвестно откуда берущим неизвестно какую силу, позволяющую притягивать тяжелые железные предметы. Действительно, человечество, несмотря на огромную роль, которую магниты играют в его жизни, пока еще недостаточно знает о магнитах и природе возникновения магнитных сил.
Например, считается, что силовые линии магнита выходят из северного полюса, а входят в южный полюс. Это можно проверить, если поднести компас к северному полюсу магнита, а, затем, продвинуть его к южному полюсу. Стрелка компаса покажет направление магнитных силовых линий. Кроме того, при соединении северного полюса одного магнита к южному полюсу другого магнита, они легко соединяются, так как выходящие из северного полюса магнитные потоки одного магнита входят в южный полюс другого магнита. Это так считают.
При соединении северного полюса одного магнита с северным полюсом другого магнита (рис. 30г), мы столкнемся с некой неведомой силой, которая будет противостоять этому соединению. Все логично, так как некие неведомые пока потоки выходят и из одного, и из второго полюса. Сталкиваясь, они, естественно, противостоят этому соединению.
Но если попробовать соединить два южных полюса двух магнитов (рис. 30б), то мы получим аналогичную картину — магниты будут противостоять этому соединению. Но почему? Если магнитные потоки с удовольствием входят в южный полюс, то логично было бы предположить, что оба южных полюса не будут препятствовать этому соединению. Однако, южные полюса также активно, как и северные, отталкиваются друг от друга! Почему?
Или же, если мы попробуем соединить плоскости двух одинаковых магнитов между собой, приложив южный полюс первого магнита к северному полюсу второго магнита, а северный полюс первого магнита — к южному полюсу второго магнита, то они притянуться и будут прочно удерживаться друг с другом (рис. 31). А теперь поднесем к этому тандему южный полюс третьего магнита. Удивительно, но он одинаково легко притягивается всей плоскостью соединенных магнитов. И северной частью магнита, и южной.
Рис. 31. Соединение двух магнитов с полюсом третьего магнита
То же самое происходит и при соединении плоскости двух магнитов с северным полюсом третьего магнита. Третий магнит одинаково притягивается всеми плоскостями сдвоенного магнита. Но если же мы поднесем к ним стальной не намагниченный брусок, то он не будет притягиваться ни северным полюсом магнита, ни его южным полюсом. Почему?
В середине XVIII века был разработан метод получения искусственных магнитов, который заключался в том, что стальной брусок укладывали на разноименные полюса двух сильных магнитов и натирали его двумя разными полюсами двух других сильных магнитов. При этом, натирание происходило от середины стального бруска в двух противоположных направлениях к его концам под углом примерно в 30 градусов. Эта процедура производилась неоднократно, при условии, что стальной брусок несколько раз снимался с магнитов и вновь на них устанавливался. В результате из стального бруска получался сильный магнит с долгим сроком службы. Еще одним условием было то, что натирание происходило от середины стального бруска — к его концам под определенным углом. Почему?
При разделении любого постоянного магнита на любое количество частей каждый маленький кусочек будет являться магнитом. Даже если отколоть кусочек от северного полюса магнита, то у него немедленно образуются два противоположных полюса — северный и южный. Почему?
Если разместить магнит под картонкой, на которой насыпаны железные опилки, и слегка ее стряхнуть, то они сформируются в четкие узоры, образованные железными опилками. Почему?
Таких «Почему?» достаточно много, а ответов на все загадки магнитов вот уже почти пять тысяч лет, к сожалению, человечество не имеет.
Многие известные исследователи и ученые во все времена пытались разгадать тайны магнита, но магнит все еще хранит свою загадочность и по сей день. Но это не повод для отчаяния. Для этого мы и собрали нашу экспедицию, чтобы разыскать ответы на все вопросы, которые поставили нам таинственные магниты.
В отличии от других исследователей в нашем багаже уже имеются законы устройства мира, понимание структуры Вселенной и правил ее функционирования, стройная система всех составляющих «лестницы существ» от мельчайшей частицы до Вселенной, а, главное, четкое понимание физической сути фундаментальной основы нашего окружающего мира — эфира. Этот багаж знаний мы получили в наших прошлых путешествиях и он, надеюсь, позволяет нам несколько по-иному смотреть на мир и достаточно легко открывать новые знания, которые хранились за семью замками и были пока недоступны нашей цивилизации. Поэтому — в путь, без тени сомнений, но с надеждой в достижение всех наших целей!
Итак, опыты, проведенные с магнитом и железными опилками, позволяют убедиться, что у магнита есть свое магнитное поле.
Но что это за поле? Какова его физическая сущность? Каков его состав? Почему уже много столетий человечество существенно не продвинулось по пути поиска ответов на эти вопросы?
Для ответов на поставленные вопросы совершим небольшой экскурс в историю. Впервые о магнитном поле упомянул М. Фарадей в 1845 году, понимая под ним некое единое материальное поле, посредством которого осуществляется магнитное и электрическое взаимодействие.
Известный французский физик А.-М. Ампер считал, что магнит состоит из молекул, в которых имеются круговые токи. Каждая молекула — это маленький магнитик. Эти магнитики направлены своими полюсами в одну сторону и в своей совокупности составляют магнит. Пытаясь объяснить процесс изготовления магнитов, он полагал, что проводя по стальному бруску сильным магнитом, можно одинаково сориентировать молекулы в пространстве. Направленные маленькие магнитики в виде молекул позволят стальному бруску превратиться в магнит.
Современные представления о физической сущности магнитных явлений пока не получили своего ясного и четкого понимания. Сторонники квантовой физики считают, что у электронов в кристаллах ферромагнитных материалов имеются свои собственные (спиновые) магнитные поля, которые при взаимодействии со спиновыми магнитными полями соседних электронов ориентируют их параллельно друг другу.
В результате электронного воздействия внутри кристалла возникают самопроизвольно намагниченные области, которые называются доменами. Каждый такой домен представляет собой небольшой постоянный магнит размером от 0,01 до 0,0001 см. При воздействии на кристалл внешнего магнитного поля происходит смещение границ доменов, которые ориентируются в соответствии с направлением воздействия внешнего магнитного поля. Увеличение мощности воздействия внешнего магнитного поля приводит к тому, что домены, в которых собственное магнитное поле совпадает с внешним полем, поглощают все остальные домены.
Гипотеза, безусловно, интересная, но понять, как разнонаправленные и имеющие различную форму домены смогут образовать некое организованное и одинаково направленное магнитное поле, достаточно сложно. Кроме того, одинаковая магнитная направленность доменов не отвечает на вопрос о том, что же, все-таки, формирует магнитное поле, каков механизм действия магнитных сил, какие силы действуют на магниты и каким образом они отталкивают или притягивают другие магниты.
В таком случае, нужно предложить собственное видение возникновения магнитного поля у магнитов и попытаться раскрыть механизмы взаимодействия магнитов друг с другом и с другими физическими телами.
Размышления
Итак, магниты могут иметь природную основу, могут быть получены в результате намагничивания в сильном электромагнитном поле, термической обработки или в процессе натирания стальных брусков полюсами сильных магнитов от середины бруска — к его краям.
Следовательно, если предположить, что в ходе этих взаимодействий происходит некая ориентация атомов или молекул, то становится понятным ответ на вопрос о том, почему у магнита имеется два противоположных полюса — северный и южный. Если полагать, что в ходе воздействия на ферромагнетик от атомов отрываются свободные электроны и совершают замкнутое круговое движение внутри и во вне тела магнита, то, вполне вероятно, что именно они с индивидуальными эфирными потоками могут составлять некие эфирные плотности вблизи тела магнита. Эти плотности легко ощущаются при поднесении одноименных полюсов магнитов друг к другу.
Вместе с тем, тайны магнита не так просты. Известно, что мы можем обнаружить силовые линии магнитного поля намагниченного ферромагнетика, разместив на картонке, под которой находится магнит, железные опилки. Рисунок (рис. 32а) покажет, что силовые линии направлены от одного полюса магнита — к другому.
Теперь попробуем соединить два одинаковых магнита между собой так, чтобы северный полюс одного магнита соединялся с южным полюсом другого магнита (рис. 32б). Проверив направление стрелки компаса, мы увидим, что картина практически не изменилась.
Рис. 32. Расположение магнитных силовых линий при различных комбинациях соединения магнитов.
Однако при присоединении к двум магнитам еще одного, двух или трех магнитов, мы сможем заметить, что рисунок магнитных линий меняется (рис. 32в, г). Магнитные линии уже не соединяют крайние полюса магнита друг с другом, а входят и выходят из соединенных магнитах в определенных точках. При этом, если опираться на движение стрелки компаса, то можно четко увидеть, что полюса магнитов могут или принимать магнитные потоки внутрь себя, или могут их отталкивать!
Следовательно, в зависимости от ситуации магниты могут практически мгновенно изменять свои характеристики, которые позволяют им или притягивать, или отталкивать другие магниты. Значит, речь не может идти о доменах, которые не столь стремительны в своих изменениях. Поэтому, очевидно, нужно искать какие-то другие решения.
Попробуем начать с периодической системы. Известно, что в качестве магнитов можно использовать железные, стальные, кобальтовые и никелевые бруски. Железо, кобальт и никель в периодической таблице Д. И. Менделеева находятся рядом, имея атомный номер 26, 27, 28 и атомный вес 55,85; 58,93 и 58,69 соответственно. Все они обладают схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности (рис. 33).
Рис. 33. Периодическая таблица Д.И. Менделеева
Электроотрицательность — это фундаментальное химическое свойство атома вещества. Она предполагает способность атома в молекуле смещать к себе общие электронные пары, т.е. способность атомов оттягивать к себе электроны других атомов. Электроотрицательность этих химических элементов составляет 1,72; 1,83 и 1,92 соответственно. Она не самая высокая, но и не самая низкая. Однако, эти данные позволяют нам полагать, что смещение электронов и изменение их орбит, это вполне возможный процесс.
Можно полагать, что при воздействии на бруски из железа, никеля или стали мощным магнитным или электромагнитным полем, электроны внутри атома способны ориентироваться в пространстве и смещаться в определенном направлении. В этом случае, электроны могут становиться неустойчивыми и при усилении внешнего магнитного воздействия на брусок способны изменять свою траекторию и покидать атомное ядро, превращаясь в свободные электроны (рис. 34).
Рис. 34. Расположение и движение электронов при воздействии на него мощным магнитным полем магнита
Известно, что при нагревании магнитные свойства вещества меняются. При температурах от 200 до 7690 С, железо обладает сильными магнитными свойствами, а при более высоких температурах оно эти свойства утрачивает. Существует мнение, что причиной изменения магнитных свойств железа может быть нарушение ориентации магнитных моментов электронов в результате значительного теплового воздействия. Подобными свойствами, наряду с железом, обладают никель и кобальт.
Следовательно, железо, никель, кобальт и их сплавы — это металлы, имеющие способность намагничиваться и долгое время находится в этом состоянии. Они обладают схожими показателями, которые могут предопределять их магнитные свойства. Они близки друг к другу по своей атомной структуре. И разгадку тайн магнита, вполне вероятно, нужно искать где-то здесь, внутри атома.
Кроме того, магниты не вечны. И через определенное время они теряют свои свойства, т.е. размагничиваются. Наиболее активно этот процесс происходит при нагревании металла или резком его встряхивании. Это тоже может быть некой подсказкой нам в нашей экспедиции в глубь постоянных магнитов.
Предположение
Полагаю, что магниты — это металлические предметы (ферромагнетики), имеющие свойство при воздействии на них внешних магнитных потоков практически мгновенно ориентировать и длительное время удерживать в пространстве ядра своих атомов в направлении внешнего магнитного воздействия.
Суть магнитного воздействия магнита на ферромагнетик заключается в способности внешних мощных эфирных потоков магнита влиять на траектории движения менее мощных эфирных потоков электронов атомов ферромагнетика, освобождать электроны из атома ферромагнетика и создавать непрерывный направленный поток этих свободных электронов.
Для понимания этих процессов необходимо рассмотреть способы изготовления постоянных магнитов из ферромагнетиков. Мы уже упоминали, что до появления электромагнитов постоянные магниты изготавливали из стальных брусков, натирая их мощными магнитами. Натирание осуществлялось последовательным многократным перемещением полюсов мощного магнита от центра стального бруска — к его краям под углом примерно 30 градусов.
При натирании бруска северным полюсом мощного магнита движение магнита производилось от центра бруска к одному его краю. В процессе движения магнита от центра бруска к противоположному краю бруска натирание производилось южным полюсом магнита. В результате натирания один край бруска притягивался к южному полюсу любого магнита и отталкивался от его северного полюса. Этот край бруска принимали за северный полюс изготовленного магнита. Противоположный край этого магнита принимали за его южный полюс. В настоящее время эта процедура осуществляется при помощи электромагнита, который воздействуя на стальной брусок, превращает его в магнит.
Почему же происходило намагничивание стального бруска и чудесное превращение его в магнит? Что представляет собой магнитное поле? Почему северный полюс магнита отталкивается от северного полюса другого магнита и притягивается к его южному полюсу?
В стальном бруске атомы железа и других металлов располагаются хаотично. При воздействии на стальной брусок, например, электромагнитом или магнитами в процессе его натирания, атомы начинают постепенно ориентироваться, занимая согласованное положение с единой направленностью потоков электронов, вращающихся сквозь ядро атомов (рис.35).
При натирании стального бруска мощным магнитом его атомы железа постепенно смещаются в направлении движения мощного магнита, концентрируясь на границах стального бруска. При этом, стальной брусок преобразовывается в магнит. Атомы железа, находящиеся у границы магнита вблизи северного полюса, ориентированы так, что выходящие из атома вращающиеся эфирные потоки со свободными электронами направлены в сторону северного полюса. Атомы железа, находящиеся вблизи южного полюса расположены так, что выходящие эфирные потоки со свободными электронами направлены в сторону северного полюса, а входящие — со стороны южного полюса.
Рис. 35. Движение свободных электронов в теле магнита и за его пределами
Под воздействием электромагнитов или мощных постоянных магнитов в процессе натирания стального бруска, смещённые и ставшие менее устойчивыми, электроны отрываются от ядра своего атома, превращаясь в свободные электроны. Мы помним, что электроны в атоме любого вещества вращаются в виде замкнутой антинейтринной цепочки сквозь торный туннель ядра атома. Разрыв этой цепочки возможен при определенном воздействии. Таким воздействием может быть мощное электромагнитное поле или механические и магнитные воздействия сильных магнитов.
Стремительно продвигаясь от южного полюса к северному полюсу, спирали свободных электронов получают ускорение при движении сквозь торные туннели атомных ядер и в потоках эфира вырываются из тела магнита. Постепенно под воздействием гравитационных сил и в соответствии с законом равновесия противоположностей спирали свободных электронов меняют свои траектории и устремляются к южному полюсу магнита.
Свободные электроны могут выходить не только из северного полюса магнита, но и из его поверхностей, расположенных от середины магнита до его северного полюса. При этом скорость этих потоков значительно меньше скорости потоков свободных электронов, выходящих непосредственно из северного полюса. В следствие этого, эти потоки будут зеркально поглощаться поверхностями магнита от его середины до южного полюса магнита (рис.35).
Эти электроны, а также электроны, которые поступают от электромагнита или от натирающих магнитов, под действием их электрических и магнитных сил перемещаются к краю стального бруска и, вырываясь из северного полюса магнита, устремляются в пространство. Однако, они не могут безвозвратно покинуть магнит, так как на них действует мощная сила его противоположного полюса, которая изменяет их траекторию и притягивает к себе. Это притяжение обеспечивается воздействием на свободные электроны положительно заряженных ионов магнита.
Вращающиеся спирали свободных электронов формируются в микро потоки, которые проявляются как силовые линии магнитов, ориентируя железные опилки на картоне. Прохождение этих потоков свободных электронов сквозь кусочки металла, превращает опилки в небольшие магниты, ориентируя их в пространстве. Под воздействием магнитного момента опилки изменяют свое положение в пространстве, располагаясь вдоль потоков электронов, и формируются в видимые силовые линии магнита, состоящие из железных опилок (рис. 36).
Рис. 36. Силовые линии магнита, отображающие его магнитное поле
Как движутся потоки электронов внутри и снаружи магнита?
Движение потоков электронов внутри и снаружи магнита сходно с движением эфирных потоков Вселенной, частиц и атомов. В этом нет ничего удивительного, так как здесь действует один из законов устройства мира — закон всеобщей взаимосвязи. Поэтому в магните хоть и нет ярко выраженной черной дыры или торного туннеля, но эфирные потоки со свободными электронами легко перемещаются в теле магнита по цепочке торных туннелей атомов, формируя замкнутые потоки.
Закон равновесия противоположностей также проявляется в магнитах, совершенно точно разделяя его на две равные половины. Более того, при разделении магнита на любое количество частей любого размера, каждая из этих частей немедленно превратиться в самостоятельный магнит. Такое распределение обеспечивает равновесие и идентичность обоих полюсов магнита и отвечает действию закона равновесия противоположностей (рис. 37).
Рис. 37. Разделение магнита на несколько частей
Проявление закона непрерывного движения обусловлено постоянным вращением свободных электронов в их эфирных потоках вокруг и в теле магнита. Однако, необходимо понимать, что это движение не бесконечно, как не бесконечны и магнитные возможности стального бруска. Это обусловлено тем, что свободные электроны и эфирные потоки движутся в воздушном пространстве и в плотной среде магнита, где могут происходить их столкновения с другими атомами и электронами. Эти столкновения нарушают движение свободных электронов и могут уменьшать их количество.
Потеряв скорость, свободный электрон может быть захвачен положительно заряженным ионом магнита, преобразовывая ион магнита в нейтральный атом. Увеличение количества нейтральных атомов в магните также уменьшит его магнитную способность, так как уменьшится количество положительно заряженных ионов, которые обеспечивают притяжение и упорядоченное движение свободных электронов в теле и вне магнита.
Примечательно, что действие закона непрерывного движения свободными электронами вовсе не нарушается. Свободные электроны при снижении намагниченности прекращают свое движение по траекториям в теле и во вне магнита, так как при потере ими скорости движения, они захватываются положительно заряженными ионами магнита. Однако, свободные электроны продолжат свое непрерывное движение сквозь и вокруг ядра атома, правда, уже в ранге обычного электрона.
Наличие у стального бруска двух магнитных полюсов, приводит к возникновению двух равнозначных, но противоположных центров, сосредоточенных на краях стального бруска. Один магнитный полюс принято называть северным (N), а противоположный магнитный полюс– южным (S).
В процессе изготовления магнита, с одной стороны, возникает большое количество положительных ионов железа на его полюсах, а с другой стороны, появляется большое количество свободных электронов, которые вырываются из полюса магнита в пространство. Это, естественно, нарушает равновесную ситуацию, имевшуюся в магните. Поэтому для восстановления равновесия, в соответствии с законом равновесия противоположностей, электроны с одного магнитного полюса бруска будут стремиться переместиться на другой магнитный полюс.
Перемещение свободных электронов происходит от северного полюса — к южному. Это обусловлено мощным притяжением положительно заряженных ионов железа. Потоки электронов движутся вдоль тела магнита и изменяют свое направление движения при подходе к противоположным полюсам.
Каким же путем электроны возвращаются к своему магнитному полюсу?
Вопрос, безусловно, интересный. Попробуем проследить движение свободных электронов, которые перемещаются от северного полюса магнита — к южному.
Во втором путешествии «Глубины Вселенной» при исследовании строения атома мы наблюдали, как электроны в виде замкнутой длинной антинейтринной цепочки (спирали) вращаются вокруг атома, стремительно пролетая сквозь торный туннель его ядра (рис. 12).
Строение атомов железа позволяет спирали свободного электрона проходить сквозь торный туннель только тех атомов, у которых направления движения электронов ядра атома железа в торном туннеле совпадают с направлением движения свободного электрона. Проникновение в торный туннель других атомов, у которых движение электронов не совпадают с направлением движения свободных электронов, невозможно, так как в этом случае встречный поток электронов атома будет препятствовать продвижению свободного электрона по торному туннелю ядра атома.
Скорость свободного электрона очень высока, поэтому он не останется на орбите ядра атома железа, а, преодолев силу притяжения ядра, продолжит свой путь до тех пор, пока силы притяжения положительно заряженных ионов не изменят траектории его движения в свою сторону.
Столкновения свободных электронов с другими электронами или ядрами атомов значительно снижают скорость их перемещения по телу проводника. При снижении скорости свободных электронов, они захватываются положительными ионами, которые, как мы уже отмечали, преобразуются в нейтральные атомы железа.
Железные опилки показывают маршруты движения потоков свободных электронов вне тела магнита. Расположение траекторий их движения зависит от расположения потоков в теле магнита. Чем ближе поток свободных электронов находится к центральной части магнита, тем большую траекторию движения они имеют.
Необходимо отметить, что каждая антинейтринная спираль электрона движется в плотном вращающемся эфирном потоке. Вращающиеся спирали свободных электронов могут объединяться во вращающиеся в эфирных потоках пучки свободных электронов. Вращающиеся антинейтринные спирали свободных электронов и их эфирные потоки и составляют магнитное поле магнита.
Процесс движения свободных электронов магнита может продолжаться достаточно долго. Его длительность зависит от многих факторов, главным из которых является уровень намагниченности стального бруска.
Суть появления намагничивания стального бруска заключается в способности сильных магнитов, воздействуя на стальной брусок, обеспечивать формирование в нем положительных ионов, запускать процесс движения свободных электронов от одного края бруска к другому его краю и превращать его в магнит, формируя магнитное поле магнита.
Магнитное поле представляет собой уплотненные эфирные потоки и антинейтринные спиральные цепочки свободных электронов, которые, стремительно вращаясь, движутся от одного магнитного полюса к другому в теле магнита и вне его.
Чем мощнее магниты применялись при изготовлении магнита из стального бруска, тем сильнее его магнитное поле, так как в этом случае образовывается большее количество положительно заряженных ионов и свободных электронов, которые могут участвовать в процессе, создавая плотное магнитное поле.
Вместе с тем, существует необходимость несколько прояснить ситуацию вокруг южного полюса и ответить на один из вопросов, которые мы ставили в начале нашей экспедиции в глубины магнитов.
Действительно, считается, что магнитный поток входит в магнит со стороны южного полюса, а выходит — с северного (рис. 38).
Рис. 38. Традиционное понимание направления силовых линий магнита
и магнитных полюсов Земли
Вместе с тем, существует мнение, что силовые магнитные потоки Земли входят в северный полюс и выходят из южного полюса планеты. И какую сторону нам принять? Чтобы не нагнетать обстановку в научном мире было принято решение, что на самом деле северный магнитный полюс Земли находится на южном географическом полюсе, а южный магнитный полюс – на северном географическом. Тогда мы получим соответствие между входящими и выходящими магнитными потоками и магнитными полюсами планеты.
Это, понятно, договоренности, но всё же, думаю, необходимо принять единственное решение, исключающее условности и неразбериху. Поэтому предлагаю оценить ситуацию и сделать разумные выводы, что лучше – привязаться к раскрашенным магнитам или к родной планете? И определиться, что как и куда входят и выходят магнитные потоки на Земле и на магнитах?
Если попытаться соединить два северных полюса двух магнитов, то мы сразу почувствуем сопротивление некой невидимой плотности, которая препятствует этому соединению. Эта плотность, полагаю, создается эфирными и антинейтринными потоками свободных электронов, направленными навстречу друг другу. Здесь никаких противоречий не возникает.
Но почему отталкиваются друг от друга южные полюса двух магнитов? Ведь, если в них одновременно входят эфирные и антинейтринные потоки свободных электронов, то они вполне могли бы беспрепятственно соединиться друг с другом. Однако, этого не происходит. Но это вполне логично! Так как входящие в южные полюса потоки так же, как и выходящие из северных полюсов потоки, имеют свою плотность и, сталкиваясь, создают совместную плотность, которая и мешает двум южным полюсам соединиться.
Следовательно, магнитные силовые линии, обозначенные железными опилками, показывают маршруты движения свободных электронов вне тела магнита от одного полюса до другого полюса.
Продвигаясь вне тела магнита, эфирные потоки и антинейтринные спирали свободных электронов воздействуют на опилки, входят в кусочки железа и намагничивают их, формируя на концах кусочков железа разнонаправленные положительно заряженные ионы железа. Это заставляет опилки ориентироваться по магнитным силовым линиям, располагаясь вдоль движения потоков свободных электронов.
Свободные электроны перемещаются от полюса к полюсу в состоянии раскрученной вращающейся спирали, состоящей из последовательно соединенных антинейтрино. Это объясняет высокую проникающую способность магнитного воздействия, а малый размер антинейтрино предопределяет достаточную свободу при перемещении спирали свободного электрона.
Таким образом, область пространства, в котором осуществляется движение свободных электронов и их эфирных потоков от одного магнитного полюса к другому магнитному полюсу внутри и вне тела магнита, полагаю, можно определить как магнитное поле магнита. Воздействие, которое оказывает это поле на магнитные поля физических тел или других магнитов называется магнитным взаимодействием физических тел или магнитов.
При присоединении северного магнитного полюса одного магнита к южному магнитному полюсу другого магнита, свободные электроны и эфирные потоки северного полюса одного магнита входят в южный полюс другого магнита, захватываются им и образуют единое магнитное поле.
Присоединяя магниты одноименными полюсами (южный с южным или северный с северным), мы уже констатировали, что эти магниты отталкиваются. И с позиции нашего понимания магнитных процессов это вполне объяснимо, так как вылетающие из северного полюса одного магнита, эфирные потоки и свободные электроны наталкиваются на плотную преграду из ориентированных к северному полюсу атомов магнита, а также на встречный поток подобных электронов, вылетающих из северного полюса другого магнита. В этом случае, плотные потоки свободных электронов отталкивают магниты друг от друга. Единое магнитное поле не образуется. Если попытаться соединить южный полюс одного магнита с южным полюсом другого магнита, то эффект отталкивания также проявится.
Но всегда ли южный полюс одного магнита отталкивается от южного полюса другого магнита, а северный полюс — от северного?
Оказывается — нет. При условии соединения двух одинаковых магнитов плоскостями противоположных полюсов (рис.31), они притягивают и северный, и южный полюс третьего магнита. Если же к плоскостям двух соединенных магнитов поднести железный предмет, то магниты не будут проявлять по отношению к нему своих магнитных свойств. Почему? Полагаю, что под действием магнитных полей соединенных магнитов, практически мгновенно произойдет изменение ориентации атомов железа в теле магнитов. Они скомпенсируют магнитный эффект обоих магнитов, сделав их нейтральными к железным предметам. Эта нейтральность магнитов и позволяет одинаково притягиваться любой их частью и к северному, и южному полюсам третьего магнита.
Взаимодействие магнитов — это крайне интересное и часто трудно объяснимое явление. Вместе с тем, понимая атомарное устройство магнитов и движение свободных электронов в теле магнитов и вне их, можно достаточно легко объяснить то или иное магнитное явление.
Важно осознавать, что в магнитах существуют положительно заряженные ионы атомов железа (никеля, кобальта или их сплавов), которые ориентированы в соответствии с полюсами магнита — это первое.
Второе — атомы железа (никеля, кобальта и их сплавов) при воздействии мощного внешнего магнитного поля могут изменять свою ориентацию в пространстве. В зависимости от направления движения потока свободных электронов магнита, атомы железа, никеля, кобальта и их сплавов располагаются своей фронтальной или тыльной частью к внешнему магнитному воздействию.
Третье — переносчиком магнитного взаимодействия являются свободные электроны в их эфирных потоках, которые движутся, вращаясь, в виде раскрученной антинейтринной цепочки.
Но как же осуществляется магнитное взаимодействие?
Это следующий важный пункт нашего предположения. Для того чтобы понять его, необходимо посмотреть на взаимодействие магнитов, например, с железом. При соединении магнита с железом потоки свободных электронов магнита встречаются с атомами железа. Под действием магнитного поля атомы железа ориентируются в пространстве таким образом, чтобы направление движения электронов в торном туннеле ядра атома железа совпадало с направлением движения свободных электронов магнита.
Поток свободных электронов магнита пронизывает атом железа, продвигаясь сквозь его торный туннель. Количество свободных электронов одновременно проходящих сквозь торный туннель ограничивается его диаметром. Свободные электроны, прошедшие сквозь торный туннель атома железа, формируют пучки свободных электронов. Эти пучки вращающихся свободных электронов представляют собой силовые магнитные линии магнита. Их наличие мы можем наблюдать при проведении экспериментов с магнитами и железными опилками.
Силовые магнитные линии проникают во внутрь железного предмета на расстояние, которое определяется, прежде всего, силовыми возможностями магнита. Силы притяжения положительно заряженных ионов противоположного полюса магнита начнут изменять траекторию движения свободных электронов магнита. Свободные электроны, изменив траекторию своего движения, направятся в сторону противоположного полюса магнита, стараясь замкнуть свою силовую линию (рис. 39).
Рис. 39. Взаимодействие свободных электронов магнита с железным предметом
В этом случае, длинная вращающаяся нейтринная цепочка электрона напоминает лассо американских ковбоев. Она пронизывает ядра атомов железа через торный туннель, а, затем, стремясь к противоположному полюсу магнита, «притягивает» к нему атомы железа, затягивая петлю. Взаимодействие многочисленных пучков свободных электронов (силовых магнитных линий) с атомами железа позволяет магниту притягивать к себе и весь железный предмет.
Но если железо притягивается к магниту, то почему деревянный предмет на его приближение совсем не реагирует? Значит ли, что у деревянного предмета нет магнитного поля?
Нет. Магнитное поле есть у каждого предмета. У деревянного, стеклянного, металлического — у любого предмета есть свое магнитное поле. Вопрос лишь в его мощности. Мощность магнитного поля зависит от частиц, атомов и молекул, из которых состоит этот предмет, от их расположения и способности ориентироваться внутри предмета под действием магнитных сил.
Только у предметов из железа, никеля, кобальта и их сплавов атомы могут быстро ориентироваться в пространстве под действием магнитных сил и притягиваться к магнитам. Атомы ферромагнетиков не только ориентируются, но и удерживаются в этом ориентированном состоянии длительное время. Кроме того, они могут и сами быть магнитами после проведения соответствующих мероприятий.
В рамках нашего путешествия мы, к сожалению, не можем долго задерживаться на изучении крайне интересного магнитного острова. Впереди еще много-много дел и открытий. В этой экспедиции мы познали лишь основы, которые дают возможность другим исследователям уже самостоятельно двигаться по пути новых знаний. Но несколько позже мы посвятим глубокому и детальному исследованию магнита специальную экспедицию «Тайны магнита», в которой найдем, если нам позволят, ответы на все загадки магнитного взаимодействия. Там мы планируем рассмотреть все вопросы, касающиеся магнитов и диамагнетиков, включая левитацию и огромные возможности по использованию магнитного поля Земли и Солнца на благо развития нашей цивилизации. Вполне возможно, что детально обсудим устройство и принципы функционирования «летающих тарелок» и многих других интересных и загадочных вещей.
Кроме того, хотелось бы вернуться к ситуации, связанной с кораблём, который не мог найти свой постоянный вес, путешествуя от одного полюса планеты – к другому. Мы взяли на себя смелость предположить, что один и тот же корабль в северных морях (на южном магнитном полюсе Земли) будет весить несколько больше, чем на экваторе, а в южных морях (на северном магнитном полюсе Земли) меньше, чем на экваторе и значительно меньше, чем в северных морях. В чём же там дело?
Полагаю, что дело в воздействии магнитных эфирных потоков и потоков частиц, движущихся от северного географического (южного магнитного) полюса планеты к её южному географическому (северному магнитному) полюсу. С одной стороны, эти потоки воздействуют на корабль и словно прижимают его к южному магнитному полюсу. Поэтому корабль весит больше. С другой стороны, эфирные потоки и потоки частиц воздействуют на корабль, словно выталкивая его из воды.
Пока же, я несколько перефразировал бы утверждение о весе корабля и записал бы его так: на экваторе корабль весом 20 000 тонн в северных морях будет весить несколько больше, а в южных морях – несколько меньше.
А пока позвольте подвести черту под нашим осмыслением взаимодействия магнитов и ферромагнетиков и направить свой взор на исследование магнитного взаимодействия Земли, Солнца и планет Солнечной системы.
montirey.org
Ł МАГНИТНОЕ ПОЛЕ Магнитное взаимодействие
КАБАРДИН О.Ф.
ФИЗИКА (справочные материалы), 1991
СОДЕРЖАНИЕ ДАННОЙ СТАТЬИ
51. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
Магнитное взаимодействие. Явления взаимного притяжения разноименных и отталкивания одноименных электрических зарядов во многом сходны с явлениями притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита. Однако установить связь между электрическими и магнитными явлениями не удавалось.
Рис. 177
В 1820 г. датский физик Ханс Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропускании электрического тока через проводник, находящийся около нее (рис. 177). В том же году французский физик Андре Ампер (1775-1836) установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение при пропускании через них электрического тока в одном направлении и отталкиваются, если токи имеют противоположные направления (рис. 178). Явление взаимодействия электрических токов Ампер назвал электродинамическим взаимодействием.
Рис. 178
На основании своих опытов Ампер пришел к выводу, что взаимодействие тока с магнитом и магнитов между собой можно объяснить, если предположить, что внутри магнита существуют незатухающие молекулярные круговые токи (рис. 179). Тогда все магнитные явления объясняются взаимодействием движущихся электрических зарядов, никаких особых магнитных зарядов в природе нет.
Рис. 179
Магнитное поле. Магнитное взаимодействие движущихся электрических зарядов согласно представлениям теории близкодействия объясняется следующим образом. Всякий движущийся электрический заряд создает в окружающем пространстве магнитное поле. Магнитное поле непрерывно в пространстве и действует на другие движущиеся электрические заряды.
Единица силы тока. Прохождение электрического тока может сопровождаться нагреванием и свечением вещества, различными его химическими превращениями, магнитным взаимодействием. Из всех известных действий тока только магнитное взаимодействие сопровождает электрический ток при любых условиях, в любой среде и в вакууме.
Магнитное взаимодействие проводников с током используется в Международной системе для определения единицы силы тока — ампера (А).
Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого кругового сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывал бы между этими проводниками силу магнитного взаимодействия, равную 2·10-7 Н на каждый метр длины.
Сила магнитного взаимодействия токов. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.
Экспериментальное изучение магнитного взаимодействия показывает, что модуль силы Ампера пропорционален длине проводника с током и зависит от ориентации проводника в магнитном поле.
Магнитная индукция. Для характеристики способности магнитного поля оказывать силовое действие на проводник с током вводится векторная величина — магнитная индукция .
Силовое действие магнитного поля может обнаруживаться по действию силы Ампера на прямолинейный проводник с током и по вращающему действию на замкнутый контур.
При исследовании магнитного поля с помощью прямолинейного проводника с током магнитная индукция определяется следующим образом: модуль магнитной индукции равен отношению максимального значения модуля силы Ампера , действующей на проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине :
(51.1)
Для определения направления вектора индукции нужно расположить прямолинейный проводник в магнитном поле таким образом, чтобы сила Ампера имела максимальное значение.
Раскрытую ладонь левой руки поместим в плоскости, проходящей через вектор силы Ампера и проводник с током. Четыре пальца левой руки расположим по направлению тока в проводнике, а большой палец, отогнутый в плоскости ладони под. прямым углом к остальным четырем пальцам, — по направлению вектора силы Ампера. Тогда вектор индукции В будет входить перпендикулярно в плоскость ладони (рис. 180).
Рис. 180
Единица индукции в этом случае определяется как индукция такого магнитного поля, в котором на 1 м проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (Тл) в честь выдающегося югославского электротехника Николы Тесла (1856-1943):
Рис. 181
Рис. 182
При исследовании магнитного поля с помощью контура с током за направление вектора магнитной индукции в том месте, где расположена рамка с током, принимают направление перпендикуляра к плоскости, в которой устанавливается свободно вращающаяся рамка с током (рис. 181). Вектор индукции направлен в ту сторону, куда перемещался бы буравчик при вращении по направлению тока в рамке (рис. 182).
мобильная версия страницы Смотрите также на этом сайте:
ГАДАНИЯ, СОННИКИ, ЗАГОВОРЫ, НУМЕРОЛОГИЯ, ХИРОМАНТИЯ, ВУДУ, МАЯТНИК, ДЕНЕЖНАЯ МАГИЯ
ВЯЗАНИЕ НА СПИЦАХ, КРЮЧКОМ, ТУНИССКОЕ ВЯЗАНИЕ, МОДЕЛИ ВЯЗАНОЙ ОДЕЖДЫ; ШИТЬЕ; МАШИННОЕ ВЯЗАНИЕ
РАЗНООБРАЗНЫЕ КУЛИНАРНЫЕ РЕЦЕПТЫ; ГОРШОЧКИ, МИКРОВОЛНОВКА; КОНСЕРВИРОВАНИЕ
СПРАВОЧНИКИ ПО ФИЗИКЕ, МАТЕМАТИКЕ, АНГЛИЙСКОМУ ЯЗЫКУ; ПОХУДЕНИЕ, АКУПУНКТУРА; НЕИСПРАВНОСТИ АВТОМОБИЛЯ
МНОЖЕСТВО ИСТОРИЧЕСКИХ ФАКТОВ О СОБЫТИЯХ, ОРУЖИИ И ОБМУНДИРОВАНИИ ВТОРОЙ МИРОВОЙ ВОЙНЫ; АРМЕЙСКИЕ БОТИНКИ ВСЕХ ВРЕМЕН
ПОПУЛЯРНЫЕ ПЕСЕННИКИ 1963-1987 гг.; ТОСТЫ, РОЗЫГРЫШИ, КОНКУРСЫ
Пользуйтесь поиском вверху страницы! Все, что будет найдено со значком Ł — относится к данному сайту
cartalana.org
2.2.5 Магнитное взаимодействие
Атомно-силовой микроскоп может использоваться для исследования магнитных полей на поверхности образца. Такие методики объединяются под названием МСМ (магнитно-силовая микроскопия). В них используются специальные кантилеверы, которые покрыты магнитной пленкой. При взаимодействии с магнитным полем образца такой кантилевер отклоняется. Могут существовать следующие типы кантилеверов: диамагнитные, парамагнитные [1], суперпарамагнитные [2] и ферромагнитные (магнитожесткие [3] и магнитомягкие [4]).
Здесь мы кратко напомним об этих трех типах магнетиков, рассмотрев диамагнетизм, парамагнетизм и ферромагнетизм на феноменологическом уровне. Заинтересованных же отошлем к более серьезной литературе, например, [5, 6, 7].
Магнитные свойства вещества описываются вектором намагниченности . Его связь с напряженностью магнитного поля задается формулой [8,9]:
(1)
где – магнитная восприимчивость вещества. В свою очередь, напряженность магнитного поля связана с вектором магнитной индукции и вектором намагничивания следующим образом:
(2)
Подставляя (1) в (2), получим:
(3)
где – магнитная проницаемость вещества. Таким образом, магнитные свойства вещества описываются одним независимым параметром – или .
Диа- и парамагнетизм.
Атомы многих веществ не имеют постоянных магнитных моментов, или, вернее, все спиновые и орбитальные магнитные моменты внутри атома уравновешены так, что суммарный магнитный момент равен нулю. Если наложить магнитное поле, то внутри атома будут генерироваться слабые дополнительные токи. В соответствии с законом Ленца они будут индицироваться так, чтобы уменьшить магнитное поле, и наведенный магнитный момент атомов направлен навстречу магнитному полю. Таков механизм диамагнетизма.
Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость для диамагнетиков:
(4)
(5)
где – число атомов в единице объема, – число электронов в атоме, и – заряд и масса электрона, – скорость света, – средний квадрат расстояния электрона до ядра. Энергия теплового движения слишком мала, чтобы изменить внутреннее (квантованное) состояние атома. Поэтому для диамагнетиков и не должны зависеть от температуры. Обратим внимание, что и, тем самым, .
К диамагнетикам относятся, например, кислород, алюминий, платина, хлористое железо – , благородные газы и т.д.
Однако существуют такие вещества, атомы которых обладают магнитным моментом, спиновым или орбитальным. Таким образом, кроме диамагнитного эффекта (а он всегда присутствует) есть возможность выстраивания индивидуальных атомных моментов в одном направлении. Магнитные моменты ориентируются в направлении магнитного поля, усиливая его.
Парамагнетизм, вообще говоря, довольно слаб, потому что выстраивающие силы относительно малы по сравнению с силами теплового движения, которые стараются разрушить упорядочивание. Отсюда следует, что парамагнетизм особо чувствителен к температуре. Эффект парамагнетизма тем сильнее, чем ниже температура.
Пусть – магнитный момент атома, – магнитная индукция, – число атомов в единице объема, – константа Больцмана, – температура. Тогда для парамагнетиков в слабых полях – , когда зависимость вектора намагничивания от напряженности магнитного поля линейна, магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость равны:
(6)
(7)
Обратно пропорциональная зависимость восприимчивости от абсолютной температуры (6) носит название закона Кюри. Заметим, что для парамагнетиков и, тем самым, .
В сильных полях намагничивание приходит в состояние насыщение, когда все магнитные моменты устанавливаются параллельно полю:
(8)
Так как диамагнетизм проявляется во всех веществах, он частично или полностью компенсирует парамагнетизм за счет противоположного по знаку вклада в восприимчивость. Поэтому для материалов с атомами, имеющими магнитный момент, можно говорить лишь о преобладании диа- или парамагнитных свойств в веществе, причем их баланс зависит от температуры. К парамагнетикам относятся, например, азот, углекислота, вода, серебро, висмут и т.д.
Ферромагнетизм.
В ферромагнетиках эффект упорядочения магнитных моментов проявляется во много раз сильнее, чем в диа- и парамагнетиках. Ферромагнетизм определяется коллективным взаимодействием атомных магнитных моментов, находящимися в состоянии с нарушенной симметрией (фазовый переход второго рода) и образующих магнитные домены. Ферромагнетиками называются тела, которые могут обладать спонтанной намагниченностью, то есть намагничены уже в отсутствие магнитного поля. Типичными представителями ферромагнетиков являются переходные металлы: железо, кобальт, никель и многие их сплавы. Ферромагнетизмом обладают некоторые редкоземельные элементы (гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, туллий).
Характерной особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость между и или между и . Характер этой зависимости представлен на рис. 1 и 2.
Рис. 1. Зависимость намагничивания от
напряженности магнитного поля.
Рис. 2. Зависимость магнитной индукции от
напряженности магнитного поля.
По мере возрастания намагниченность сначала быстро увеличивается, а затем приходит к насыщению и остается практически постоянной: (насыщение), то есть кривая переходит в горизонтальную прямую. Магнитная индукция также растет с увеличением поля , а в состоянии насыщения , то есть кривая переходит в прямую, наклоненную под углом (если и откладывать на осях координат в одинаковом масштабе).
Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость уже зависят не только от свойств вещества и температуры, как у диа- и парамагнетиков, а являются функциями напряженности поля и, более того, определяется его историей.
Восприимчивость и проницаемость сначала возрастают с , затем проходят через максимум, и, наконец, в сильных полях, когда достигнуто насыщение, стремится к единице (рис.3), а – к нулю.
Рис. 3. Зависимость магнитной восприимчивости от напряженности магнитного поля.
Значения в максимуме у большинства ферромагнетиков при обычных температурах составляют многие сотни и тысячи единиц.
Вторая характерная особенность ферромагнетиков состоит в том, что для них зависимость от или от не однозначна, а определяется предшествующей историей намагничивания ферромагнитного образца. Это явление называется магнитным гистерезисом. Изображенная на рисунке 4 замкнутая кривая называется петлей гистерезиса, а кривая – предельной (наибольшей) петлей гистерезиса.
Рис. 4. Петля гистерезиса.
При индукция не обращается в нуль, а изображается отрезком . Ему соответствует остаточное намагничивание . С наличием такого остаточного намагничивания связано существование постоянных магнитов. Для того, чтобы размагнитить образец, надо довести кривую размагничивания до точки или . Этим точкам соответствует магнитное поле . Оно называется коэрцитивной силой ферромагнетика. Значения остаточного намагничивания и коэрцитивной силы для разных ферромагнетиков меняются в широких пределах. Для мягкого железа петля гистерезиса узкая (коэрцитивная сила мала), для стали и всех материалов, идущих на изготовление магнитов, – широкая (коэрцитивная сила велика). Например, для кобальта и его сплавов, которые используются для покрытия магнитожестких кантилеверов, характерная величина коэрцитивной силы составляет 400 эрстед. С другой стороны, магнитное поле зонда в целом ряде случаев может оказаться слишком большим, что может приводить к искажению или даже разрушению исследуемой магнитной структуры. Для этих целей используют зонды с покрытием – . Совершенно такой же характер имеет петля гистерезиса, когда по вертикальной оси откладывается не индукция , а намагничивание .
Выводы.
- Вещества по их поведению в магнитном поле подразделяют на три основных типа: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.
- Диамагнитные свойства проявляют все вещества. Суть эффекта – в возникновении индуцированных внутриатомных токов, которые уменьшают индукцию магнитного поля в веществе. Магнитная восприимчивость диамагнетиков отрицательна.
- Парамагнитные свойства могут проявлять вещества с атомами, имеющими магнитный момент. Магнитная восприимчивость при этом положительна и уменьшается с ростом температуры.
- Ферромагнетизм является очень сильным коллективным эффектом. Причем магнитная восприимчивость и проницаемость вещества становится неоднозначными функциями поля и зависят от его истории. Характерные ферромагнитные явления – спонтанная намагниченность и гистерезис намагниченности. Коэрцитивная сила магнитожестких кантилеверов (с кобальтовым покрытием) составляет порядка 400 эрстед, а магнитомягких (с покрытием ) – менее 10 эрстед.
Литература.
- O. Teschke, M.U. Kleinke, M.E.R. Dotto et al, J. Appl. Phys. 94, 1 (2003).
- P.F. Hopkins, J. Moreland, S.S. Malhotra et al, J. Appl. Phys. 79, 6448 (1996).
- H.J. Mamin, D. Rugar, P. Gruetter et al, Bull. Am. Phys. Soc. 35, 420 (1990).
- P. Grutter, D. Rugar, H.J. Mamin et al, Appl. Phys. Lett. 57, 1820 (1990).
- Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. I часть. – М.: Мир, 1987. – 302 с.;
Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма. II часть. – М.: Мир, 1987. – 420 с. - Уайт Р.М. Квантовая теория магнетизма. – М.: Мир, 1972.
- Дорфман Я.Г. Диамагнетизм и химическая связь. – М.: Физматгиз, 1961.
- Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике: Физика сплошных сред. – М.: Мир, 1977. – 300 с.
- Сивухин Д.В. Курс общей физики: Электричество. – М.: Наука, 1983. – 687 с.
www.ntmdt-si.ru
НАЧАЛА ФИЗИКИ
Термин «магнит», «магнитное взаимодействие» происходит от названия горы Магнезия, находящейся на территории современной Турции, и где добывались минералы, обладающие магнитными свойствами. Считается, что древние китайцы изобрели магнитный компас более 4500 лет назад. В Европе он появился в XII в. и способствовал великим географическим открытиям средних веков.
После того, как А.Вольта в 1800 г. изобрел источник постоянного тока, были выполнены многочисленные исследования различных явлений, связанных с электрическим током. В частности, в начале XIX в. были выполнены исследования магнитных взаимодействий токов. В трудах Г.-Х. Эрстеда, А. Ампера, Ж.-Б. Био, Ф. Савара, Д. Араго, М. Фарадея было установлено, что электрические заряды помимо кулоновского взаимодействия участвуют еще в одном взаимодействии, зависящем от скорости. Это взаимодействие имеет ту же природу, что и взаимодействие постоянных магнитов и потому было названо магнитным. При этом магнитное взаимодействие не сводится к электрическому, поскольку, проводники при прохождении через них электрического тока не заряжаются. Поэтому нужно предположить, что движущиеся заряды создают особое поле – магнитное, которое действует на движущиеся заряды.
Первое описание магнитных взаимодействий принадлежит придворному врачу английской королевы Елизаветы I и физику У. Гильберту (1544–1603), который в 1611 г. в книге «О магнитах и большом магните Земля» дал описание электрических и магнитных явлений, ввел термины «северный и южный полюса магнита», доказал, что магниты, как и электрические заряды, могут как притягиваться, так и отталкиваться. Однако никаких взаимодействий заряженных и магнитных тел обнаружено не было, и в науке утвердилась точка зрения, что электричество и магнетизм – разные явления.
В 1820 г. датский физик Г.-Х. Эрстед установил, что существует взаимодействие магнитной стрелки и провода с электрическим током, т.е. к взаимодействию магнита с зарядами, но зарядами движущимися. Это открытие привело к созданию новой области физики – электромагнетизма. Сообщение об открытии Эрстеда произвело на физиков сильнейшее впечатление.
online.mephi.ru
